Les protéines SIBLING - ORBi

médecine/sciences
1018 m/s n° 11, vol. 29, novembre 2013
DOI : 10.1051/medsci/20132911019
médecine/sciences 2013 ; 29 : 1018-25
médecine/sciences Les protéines
SIBLING
Outils moléculaires
de la progression tumorale
et de l’angiogenèse
Virginie Lamour, Marie-Julie Nokin, Aurélie Henry,
Vincent Castronovo, Akeila Bellahcène
> La famille SIBLING comprend cinq membres :
l’ostéopontine (OPN), la sialoprotéine osseuse
(BSP), la protéine matricielle de dentine 1 (DMP1),
la sialophosphoprotéine de dentine (DSPP) et la
phosphoglycoprotéine de matrice extracellulaire
(MEPE). Ces protéines ont été regroupées sur
la base de leurs caractéristiques biochimiques
et génétiques communes. D’abord considérées
comme spécifiques des tissus minéralisés de l’os
et de la dent, leur surexpression a été ensuite
mise en évidence au niveau d’une large variété
de tumeurs chez l’homme. Dans cette revue,
nous décrivons les rôles attribués aux protéines
SIBLING au niveau de chacune des étapes de la
progression cancéreuse et métastatique, ainsi
que de l’angiogenèse. <
contexte du cancer. Ainsi, leur expression importante par différents
types de cancers chez l’homme (pour une revue détaillée, voir [2]) ne
sera mentionnée ici que dans quelques exemples utiles.
Chez l’homme, les gènes codant pour les SIBLING sont localisés au
niveau d’une région de 375
000 paires de bases sur le bras long du
chromosome 4. L.W. Fisher et al. ont observé que ces gènes présentent
de nombreuses similitudes, notamment au niveau de l’agencement de
leurs exons (Figure 1), suggérant qu’ils proviendraient d’un même gène
ancestral ayant subi des duplications et des modifications au cours du
temps [1].
Les cinq protéines partagent plusieurs domaines fonctionnels, tels que
des sites de liaison au calcium, le motif RGD (Arg-Glyc-Asp) qui assure
l’interaction entre ces protéines et les récepteurs de surface cellulaire
de type intégrine, et le domaine appelé ASARM (acidic serine and
aspartate-rich motif) qui est impliqué dans la minéralisation osseuse
(Figure 1). D’autres domaines sont plus spécifiques de certaines
SIBLING comme la séquence cryptique SVVYGLR (Figure 1) qui permet la
liaison de l’OPN aux intégrines 91 et 41. De manière générale, ces
protéines lient les récepteurs de type intégrine et le récepteur CD441
(Tableau I). Ces interactions activent des voies de signalisation abou-
tissant à l’adhésion, la migration et la survie cellulaires.
Les activités biologiques des SIBLING sont modulées par des processus
protéolytiques qui peuvent révéler des sites de liaison cryptiques et/ou
supprimer des domaines fonctionnels influençant, notamment, l’adhé-
sion et la migration cellulaires. Les fonctions connues des SIBLING au
1 CD44 désigne une famille de protéines résultant de l’épissage alternatif de 10 exons du gène, fonction-
nant dans la réponse immune et comme récepteur de l’acide hyaluronique [51].
Laboratoire de recherche
sur les métastases, GIGA
(groupe interdisciplinaire
de génoprotéomique appliquée)
-Cancer, Université de Liège,
Building 23, Sart Tilman, 4000
Liège, Belgique.
[email protected]
Les protéines de la famille SIBLING
Le regroupement de cinq protéines des matrices miné-
ralisées de l’os et de la dent au sein d’une famille appe-
lée SIBLING (small integrin-binding ligand N-linkedgly-
coprotein) a été proposé pour la première fois par L.W.
Fisher et al. [1] sur la base de leurs caractéristiques
biochimiques et génétiques communes. Les principaux
membres de cette famille sont l’ostéopontine (OPN), la
sialoprotéine osseuse (BSP), la sialophosphoprotéine
de dentine (DSPP), la protéine matricielle de dentine 1
(DMP1) et la phosphoglycoprotéine de matrice extra-
cellulaire (MEPE). Ces protéines, hautement glycosylées
et phosphorylées, ont d’abord été isolées à partir des
matrices extracellulaires minéralisées des os et de la
dent. Alors que l’OPN est la protéine SIBLING la mieux
étudiée, les autres protéines ont connu un regain
d’intérêt ces 20 dernières années, surtout après la mise
en évidence de leur expression ectopique en dehors
des tissus minéralisés et, notamment, au niveau des
cellules tumorales malignes. L’objet de cette revue est
de décrire les propriétés des protéines SIBLING dans le
Vignette (Photo © Inserm - Nicolas Ricard et Didier Grunwald).
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SYNTHÈSE REVUES
OPNa
314 aa
OPNb
OPNc
DMP1
513 aa
BSP
317 aa
DSPP
1301 aa
MEPE
525 aa
Motif ASARM
Région riche en Asp-Ser
Région riche en Asp-Glu
Peptide signal
Site pour glycosaminoglycane
Domaine de liaison au calcium
Motif RGD
Motif SVVYGLR
Domaine de liaison à l'héparine
Site de phosphorylation
Domaine de liaison aux
cristaux d'hydroxyapatite
N-glycosylation
O-glycosylation
Site de clivage enzymatique
17 24 62 7681 99 115 117 185
464
313280
1301
508
478
165 215 224 234 254 263 275280303
79
106
134
152
159-161
DDSHQSDESHHSDESDEL
PPPPPP PPPPPPPPP
COOH
COOH
COOH
COOH
COOH
COOH
COOH
MMP3 MMP3 MMP7 MMP3 MMP7
Thrombine
PHEX
NH2
NH2
NH2
NH2
NH2
NH2
NH2
17
17
17 74
217
31 57
58 71 300
287
25 324 345 351 413 426 167
364-366
GAG
GAG
BMP1
DDSSESSDSGSSSESDGD
286-288
238 227 190 182 177 122 119 104
1491009474673117
41 49 81 130 150 190 209 222 275 336 387
488-490
BMP1 ?
477 478
Cathepsine B
PHEX
DPPDGP
259259247
25916
18
DSP MMP2
?
MMP20
PPPPP P P P
P
247-249
DDSSESSDSGSSSESDGD
Figure 1. Principaux domaines structuraux et modifications post-traductionnelles potentielles des SIBLING. Cette famille comprend l’ostéopontine
(OPN), la protéine matricielle de dentine (DMP1), la sialoprotéine osseuse (BSP), la sialophosphoprotéine de dentine (DSPP) et la phospho-
glycoprotéine de dentine (MEPE). L’OPN possède deux isoformes obtenues par épissage alternatif : les OPNb et c. Les exons 5 et 4 sont absents
dans l’OPNb et l’OPNc, respectivement. La séquence en acides aminés des protéines SIBLING est particulièrement riche en résidus de nature
acide (régions riches en Asp-Ser et Asp-Glu). Ces protéines présentent plusieurs domaines communs, tels que les motifs RGD (Arg-Gly-Asp) et
la séquence cryptique SVVYGLR de liaison aux intégrines. Le motif ASARM (acidic serine aspartate-rich MEPE-associated motif), les domaines de
liaison à l’hydroxypatite et les sites de clivage par PHEX (phosphate-regulating endopeptidase homologue, X-linked) impliqués dans le processus
de minéralisation sont indiqués. L’activité des SIBLING est régulée par des modifications post-traductionnelles, telles que la phosphorylation, la
glycosylation et/ou l’addition d’un glycosaminoglycane (GAG). Enfin, le clivage des SIBLING par des enzymes, telles que la thrombine et la BMP1
(protéine morphogénétique osseuse 1), génère des fragments protéiques dotés de propriétés spécifiques. Aa : acide aminé.
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niveau des matrices extracellulaires minéralisées sont détaillées dans
une revue récente [3]. L’existence d’isoformes contribue également
à la diversité des fonctions attribuées aux SIBLING. Par exemple,
trois isoformes de l’OPN (a, b et c) ont été décrites et étudiées pour
leurs fonctions au niveau des cellules cancéreuses (Figure 1).
La régulation transcriptionnelle des gènes SIBLING a été particuliè-
rement bien étudiée dans le contexte des différenciations ostéo-
blastique et odontoblastique. Les promoteurs des gènes codant
pour l’OPN, la BSP, la DMP1 et la DSPP contiennent de nombreuses
séquences consensus, telles que les sites de liaison aux facteurs de
transcription AP1 (activator pro-
tein 1) et NFB. Runx2 (runt-rela-
ted transcription factor 2) est un
facteur de transcription clé pour la
régulation des gènes impliqués dans
la biologie de l’os et, de ce fait,
il est aussi un élément régulateur
crucial de l’expression des SIBLING.
Toutes les protéines Runx sont inti-
mement associées à la progression
tumorale, l’invasion et la formation
de métastases. De manière intéres-
sante, Runx2 active l’expression de
l’OPN et de la BSP dans les cellules
cancéreuses mammaires humaines,
suggérant que l’expression des
SIBLING est soumise à la même régu-
lation transcriptionnelle au niveau
des cellules osseuses et des cellules
cancéreuses (pour revue, voir [2]).
D’autres familles de facteurs de
transcription associés à la progres-
sion tumorale régulent l’expression
de l’OPN dans des modèles de cancer
du sein, de mélanome et de leucémie
(pour revue, voir [4]). Des études
détaillées du promoteur proximal
des gènes codant pour la DMP1 et la
DSPP sont nécessaires afin d’iden-
tifier les éléments régulateurs res-
ponsables de leur surexpression au
niveau des cellules cancéreuses.
Rôles des protéines SIBLING
au cours de la progression
tumorale et métastatique
Dans leur article séminal, D. Hana-
han et R.A. Weinberg [5] ont résumé
les propriétés principales communes
aux cellules cancéreuses et qui les
différencient des cellules normales.
Chacune de ces caractéristiques est directement ou indi-
rectement liée au gain de capacités nouvelles permettant
aux cellules cancéreuses d’acquérir un phénotype malin,
prolifératif et invasif. Il est tentant, à ce stade, de com-
parer les SIBLING à des outils qui aideraient les cellules
tumorales malignes à acquérir ces caractéristiques. Ainsi,
l’expression des SIBLING est associée à une prolifération
cellulaire accrue, un blocage des signaux restrictifs de
croissance, un échappement à l’immunité de l’hôte, et la
capacité d’invasion des tissus hôtes avoisinants (Figure 2).
DMP1
BSP OPN
Cellule cancéreuse
Cellule apoptotique
Cellule souche cancéreuse
Macrophage
OPN
Extravasation BSP
OPN Prolifération
et survie
Métastase au site distant
CFH
complément
Cellule normale
Fibroblaste
BSP OPN
uPA
MMP
Intravasation
1
2
3
4
5
6
Figure 2. Rôles des protéines SIBLING dans les différentes étapes de la progression cancéreuse et
métastatique. Étapes 1-2 : au site primaire, les protéines SIBLING sécrétées par les cellules cancé-
reuses et par les cellules du stroma se lient aux récepteurs de surface cellulaire intégrines et CD44.
Cette liaison conduit à l’activation de voies de signalisation qui contrôlent la survie des cellules
cancéreuses et leur prolifération. Étape 3 : les cellules cancéreuses, qui se détachent de la tumeur
primaire, dégradent la membrane basale et envahissent le stroma avoisinant. Les MMP (matrix
metalloproteinase) et l’uPA (urokinase plasminogen activator) assurent la protéolyse de la matrice
extracellulaire. L’OPN induit l’activation de l’uPA et des MMP, la motilité cellulaire et l’invasion. De
plus, les SIBLING peuvent activer des MMP spécifiques (BSP-MMP2, OPN-MMP3 et DMP1-MMP9). L’OPN
agit également comme une molécule chimio-attractive pour les macrophages et promeut leur infil-
tration au sein de la tumeur. Étape 4 : afin de former des tumeurs secondaires à des sites distants,
les cellules tumorales empruntent, notamment, la circulation sanguine. Étape 5 : le transport des
cellules cancéreuses dans la circulation est une étape critique pour la formation de métastases car
celles-ci sont confrontées au système immunitaire de l’hôte. La BSP, la DMP1 et l’OPN sécrétées par
les cellules cancéreuses protègent ces dernières de la lyse par le système du complément (Facteur H
du complément, CFH). Étape 6 : au site distant, les cellules cancéreuses s’extravasent pour former
une colonie secondaire. L’expression des SIBLING par la colonie métastatique nouvellement formée va
favoriser sa prolifération et sa survie au travers de mécanismes similaires à ceux observés au niveau
du site primaire.
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SYNTHÈSE REVUES
prolifération [13]. Aussi, la BSP recombinante favorise
la prolifération des cellules cancéreuses mammaires in
vitro [6]. Récemment, il a été démontré que la DSPP
jouait également un rôle positif dans la prolifération
des cellules de cancers oraux [14].
Dégradation de la matrice extracellulaire et invasion
Les cellules tumorales ayant un haut potentiel migra-
toire et exprimant des protéases capables de dégrader
la matrice extracellulaire sont susceptibles d’envahir
les tissus avoisinants. Les protéines de la famille des
SIBLING, surexprimées au niveau des cellules cancé-
reuses, jouent un rôle dans le potentiel invasif de ces
cellules (Figure 2, étape 3). La surexpression de l’OPN
au niveau des cellules cancéreuses prostatiques aug-
mente leur potentiel invasif et leur capacité à envahir
les vaisseaux sanguins dans un modèle murin [10].
Plusieurs études in vitro ont démontré que l’OPN stimule
la migration des cellules de nombreux types de cancers,
dont le mélanome [15], les cancers du sein [16] et de
la prostate [17]. Les trois isoformes a, b et c de l’OPN
sont surexprimées au niveau de certains cancers, comme
les gliomes de haut grade, avec une prédominance de la
forme b qui augmente le potentiel invasif des cellules
[18]. De la même façon, la transfection d’une lignée
cellulaire cancéreuse mammaire, afin d’y surexprimer la
BSP, stimule la migration et l’invasion in vitro [19].
De nombreuses études décrivent les mécanismes par
lesquels les protéines de la famille des SIBLING parti-
cipent à la dégradation de la matrice extracellulaire.
L’intervention d’enzymes spécifiques régule les propriétés
pro-invasives et pro-migratoires des protéines SIBLING.
Par exemple, l’invasion des cellules de carcinomes hépa-
tocellulaires est induite par des peptides de l’OPN clivée
par la MMP9 (métalloprotéinase matricielle 9) et la
thrombine [20]. Par ailleurs, la transglutamination de
l’OPN entraînerait la formation de polymères inactifs et
résistants à la protéolyse qui inhibent l’invasion et la
migration des cellules cancéreuses mammaires in vitro
[21]. En plus d’être clivées par les MMP, les SIBLING
jouent un rôle dans l’activation de ces enzymes. La BSP,
la DMP1 et l’OPN se lient et régulent l’activité des MMP2,
MMP9 et MMP3, respectivement [22]. De façon remar-
quable, l’expression des SIBLING est corrélée à celle de
leurs MMP respectives au niveau de nombreux types de
cancers [23, 24]. Les SIBLING activent les MMP en trans-
formant les proMMP en forme enzymatique active ou en
réactivant des MMP maintenues sous leur forme inactive
par les inhibiteurs tissulaires des MMP (TIMP) [22]. La
BSP favorise l’invasion de lignées cellulaires cancéreuses
à tropisme osseux in vitro en adressant la MMP2 à la
surface cellulaire via les intégrines v3 [25]. La DMP1
Leurs fonctions durant ces différents processus mettent en jeu une série de
cascades de signalisation suite à leur liaison via des récepteurs spécifiques
(Tableau I) présents à la surface des cellules cancéreuses (Figure 3).
Adhésion cellulaire et prolifération
Les cellules cancéreuses interagissent avec les protéines de la famille
des SIBLING et/ou leurs multiples fragments protéolytiques grâce à
différents récepteurs de type intégrine, de manière dépendante ou
indépendante du motif RGD (Tableau I). Ainsi, la liaison de la BSP
aux intégrines v3 et v5 stimule l’adhésion, la prolifération et
la migration des cellules cancéreuses mammaires [6]. De plus, l’OPN
et la DMP1 interagissent avec le récepteur CD44 et certains de ses
variants exprimés à la surface des cellules cancéreuses. L’OPN se lie au
CD44v6 et induit la propagation de signaux cytoplasmiques activant
des intégrines et la migration des cellules cancéreuses de côlon [7].
Les cellules cancéreuses mammaires exprimant le récepteur v3
adhèrent à la matrice osseuse enrichie en BSP, ainsi qu’à la BSP recom-
binante lors d’expériences d’adhésion et d’invasion [8]. Le domaine
RGD de la DMP1 régule l’adhésion de cellules de la pulpe dentaire et
d’ostéoblastes in vitro (Figure 2, étape 1-2) [9].
Il est bien établi que les protéines SIBLING favorisent la prolifération
des cellules cancéreuses. L’OPN [50] stimule la prolifération des
cellules cancéreuses prostatiques humaines dans un modèle de xéno-
greffe chez la souris [10]. Des études plus récentes ont montré que les
isoformes a et b de l’OPN favorisent la survie et la prolifération des
cellules cancéreuses [11]. Les voies de signalisation intracellulaire par
lesquelles l’OPN exerce ses effets sur la prolifération et la migration
ont été bien caractérisées (pour revue, voir [12]). La surexpression de
la BSP au niveau des cellules cancéreuses pancréatiques stimule leur
Récepteurs SIBLING Domaines
impliqués
Intégrines
v1 OPN RGD
v3 OPN, BSP, DMP1 RGD
v5 OPN, BSP, DMP1 RGD
v6 OPN, DSPP RGD
51 OPN RGD
81 OPN RGD
41 OPN SVVYGLR
91 OPN SVVYGLR
CD44
CD44s OPN, DMP1 ?
CD44v3 OPN ?
CD44v6 OPN ?
CD44v7 OPN ?
Tableau I. Récepteurs de surface cellulaire liant les protéines SIBLING.
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lie la MMP9 aux intégrines, et peut-être au CD44, et augmente ainsi le
potentiel invasif des cellules de cancer du côlon in vitro [26].
Échappement au système du complément
Les SIBLING apparaissent comme des régulateurs essentiels du poten-
tiel métastatique des cellules cancéreuses. Au cours du long et péril-
leux parcours de la cascade métastatique (Figure 2), la survie des
cellules tumorales requiert de contourner de façon efficace le système
immunitaire de l’hôte. Un acteur important du système immunitaire
inné est le système du complément. Il a été démontré que l’OPN, la
DMP1 et la BSP peuvent se lier à un élément du système du complé-
ment, le facteur H, pour former des complexes de haut poids molécu-
laire détectables dans le sérum [27, 28]. Cette liaison
au facteur H s’oppose à la formation du complexe
d’attaque membranaire et protège ainsi les cellules
cancéreuses qui expriment les SIBLING de la lyse induite
par le système du complément (Figure 2, étape 5).
Formation de métastases
La formation de métastases est un processus complexe
qui conduit à l’implantation et à la prolifération de
cellules cancéreuses à des sites secondaires distants.
Ce processus implique l’évasion des cellules tumorales
de la tumeur primaire, leur passage dans des capillaires
BSP BSP
OPN
MMP3 MMP2 MMP9
DMP1
ABCDEFG
OPN
Intégrines EGFR C-Met OPN OPN DMP1
CD44CD44CD44
FAK
FAK
Ras
ERK1
ERK1 ERK1
ERK1
ERK1
JAK
STAT3
STAT3
MEK1
MEK1 MEK1
MEK1
MKK4
JNK1
AP1
NIK
NIK
p50
p50 p65
p65
IKKα
IKKα
IKKα
IKKβ
IKKβ
p70S6k
mTOR
c-Src
PI3K
Akt
AP1
PLCγ
PKC
PI3K
Akt
PTEN
P38
MAPK
MKK3/6
?
Gènes cibles
Migration des
cellules cancéreuses Survie des cellules cancéreuses
Angiogenèse
Métastases
Prolifération des
cellules cancéreuses
Figure 3. Voies de signalisation activées par les SIBLING au niveau des cellules cancéreuses. La plupart des protéines SIBLING peuvent interagir
avec les récepteurs de surface cellulaire de type intégrine grâce à leur domaine RGD (voies A, B et C). L’OPN et la DMP1 ont été décrites également
comme pouvant interagir avec le récepteur CD44 (voies E, F et G). La liaison à ces récepteurs conduit à l’activation de voies de signalisation abou-
tissant à la régulation de gènes impliqués dans le contrôle de la croissance tumorale, la migration cellulaire, l’angiogenèse et la formation de
métastases. La liaison de l’OPN au CD44 stimule la migration et l’invasion cellulaire via la cascade de kinases (voie F). L’OPN, via sa liaison à CD44,
peut également activer c-Met, induisant la phosphorylation et l’activation de ERK (extracellular signal-regulated kinases) et Akt (voie E). L’OPN,
en se liant à l’intégrine v3 stimule la migration et l’invasion des cellules cancéreuses via l’activation de voies de signalisation aboutissant à
une activation de la croissance tumorale (voie C) (pour une revue détaillée des voies de signalisation activées par l’OPN, voir [12]). La liaison de
la BSP à l’intégrine v3 entraîne une invasion accrue des cellules tumorales via l’activation de FAK (focal adhesion kinase) et la phophorylation
de ERK (extracellular signal-regulated kinase) (voie A). Les voies de signalisation affectées par les autres membres de la famille des SIBLING au
niveau des cellules cancéreuses ne sont pas encore connues (voie G). Enfin, l’OPN, la BSP et la DMP1 peuvent favoriser la migration et l’invasion
des cellules cancéreuses via la liaison et l’activation des MMP (voie B). Les phosphorylations sont représentées par des points rouges. STAT3 :
signal transducer and activator of transcription 3 ; JAK : Janus kinase ; JNK1 : c-jun N-terminal kinase ; AP1 : activating protein 1 ; NIK : nuclear
factor kB-inducing kinase ; IKK : IB kinase ; mTOR : mammalian target of rapamycin ; PLC : phospholipase C  ; PKC : protéine kinase C ; PTEN :
phosphatase and tensin homolog.
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